МОДУЛИРУЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ НЕКОТОРЫХ ФЛАВОНОИДОВ НА АКТИВНОСТЬ СУКЦИНАТДЕГИДРОГЕНАЗЫ В МИТОХОНДРИЯХ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ

АННОТАЦИЯ

Флавоноиды являются широко распространенными фитохимическими соединениями, которые обладают мощными антиоксидантными свойствами. В последние годы часто изучают механизмы их действия на организм. В организме один из мишеней является сукцинатдегидрогеназа, участвующая в митохондриальных процессах клетки. И таким образом, целью исследования явилось изучение влияние некоторых флавоноидов на активность сукцинат-феррицианидредуктазы (сукцинатдегидрогеназы) в митохондриях скелетных мышц в условиях in vitro. Было показано, что флавоноиды кемпферол, кемпферол-7-О-рамнозид, хризоэриол, апигенин, лютеолин и цинарозид активирует активности сукцинат-феррицианидредуктазы в митохондриях скелетных мышц крыс. Активирующее действие флавоноидов зависит от их структуры. При этом расположение гидроксильной группы в положении 3 С-кольца в структуре кемпферола и его гликозида, относящихся к флавонольной группе флавоноидов, является одним из факторов, повышающий активность фермента. В то же время, флавоноиды, относящиеся к группе флавонов, такие как хризоэриол, апигенин, лютеолин и цинарозид, не оказывает существенного влияния на активность фермента. В заключение можно сказать, что флавоноиды структурно-зависимо действует на активность фермента.

ABSTRACT

Flavonoids are widely distributed phytochemical compounds that possess powerful antioxidant properties. In recent years, their mechanisms of action have been extensively studied. In the body, one of the targets is succinate dehydrogenase, which is involved in mitochondrial processes in the cell. Thus, the aim of the study was to investigate the effect of some flavonoids on the activity of succinate-ferricyanide reductase (succinate dehydrogenase) in skeletal muscle mitochondria in vitro. The flavonoids kaempferol, kaempferol-7-O-rhamnoside, chrysoeriol, apigenin, luteolin, and cynaroside have been shown to activate succinate-ferricyanide reductase activity in rat skeletal muscle mitochondria. The activating action of flavonoids depends on their structure. Moreover, the location of the hydroxyl group in position 3 of the C-ring in the structure of kaempferol and its glycoside, which belong to the flavonol group of flavonoids, is one of the factors that increases the activity of the enzyme. At the same time, flavonoids belonging to the flavone group, such as chrysoeriol, apigenin, luteolin and cynaroside, do not have a significant effect on the enzyme activity. In conclusion, it can be said that flavonoids have a structure-dependent effect on enzyme activity.

Ключевые слова: скелетных мышц, митохондрий, сукцинат-феррицианидредуктаза, флавоноиды.

Keywords: skeletal muscles, mitochondria, succinate-ferricyanide reductase, flavonoids.

Введение. Среди биологически активных веществ, содержащихся в растениях, флавоноиды являются широко распространенными фитохимическими соединениями, и в последние годы они нашли широкое применение в фармакологии. Флавоноиды обладают мощными антиоксидантными свойствами и, как было показано, обладают нейро- и кардиопротекторными свойствами. Поэтому в последние годы стало актуальным выделение флавоноидов из растений и изучение механизмов их действия на организм. На сегодняшний день из растений выделены тысячи флавоноидов, и их число растет с каждым днем [15]. In vitro/in vivo и эпидемиологические исследования показали, что флавоноиды проявляют кардиопротекторные функции благодаря своим антиоксидантным свойствам. Также было показано, что продукты, содержащие флавоноиды, защищают от атеросклероза и тромбоза, ингибируя окисление липопротеинов низкой плотности и агрегацию тромбоцитов [10]. Было показано, что флавоноид кверцетин снижает экспрессию НАДФН-оксидазы 1, НАДФН-оксидазы 2, интерлейкина 6, накопление активных форм кислорода и скорость апоптоза в сухожилиях мышц ног у экспериментальных крыс в условиях гипергликемии. В данное время было обнаружено, что кверцетин увеличивает экспрессию коллагена III типа, матриксной металлопротеазы II типа (Mmp2) и тканевого ингибитора матриксной металлопротеазы II типа (Timp2) при одновременном снижении экспрессии коллагена I типа [18]. Также показано, что антиоксидантные свойства кверцетина усиливают регенерацию скелетных мышц и уменьшают атрофию. Кроме того, было показано, что флавоноиды защищают сухожилия от окислительного стресса, воспаления, апоптоза и деградации матрикса, помогая поддерживать их функциональное состояние. Сильные антиоксидантные свойства флавоноидов могут иметь важное значение для коррекции возрастных патологических изменений опорно-двигательного аппарата [11]. Было показано, что флавоноиды эффективны при лечении саркопенических изменений в мышцах, особенно прогрессирующей потери мышечной массы, силы и функции, связанной с возрастом [17], а также было показано, что функциональное состояние митохондрий играет важную роль в этих процессах [13]. Отмечено, что воспаление, окислительный стресс и митохондриальная дисфункция могут быть ключевыми факторами в развитии атрофии скелетных мышц, а флавоноиды являются модулирующим фактором, предотвращающим катаболические процессы и усиливающим анаболические процессы в мышцах [14]. Некоторые авторы отмечают, что хотя флавоноиды оказывают положительное влияние на увеличение мышечной массы при саркопении, но они не дают результатов при физических тренировках [12]. Сукцинатдегидрогеназа – один из ключевых ферментов, обеспечивающих клеточный метаболизм, обеспечивая выработку энергии в митохондриях путем контроля цикла трикарбоновых кислот и процессов окислительного фосфорилирования. Изменения активности сукцинатдегидрогеназы могут спровоцировать сигнализацию псевдогипоксии и может привести к развитию различных заболеваниям. Поэтому активность фермента является одним из важных показателей функционального состояния клеток и митохондрий [4; 6].

Учитывая вышеизложенное, нами изучено влияние некоторых флавоноидов на активность сукцинат-феррицианидредуктазы (сукцинатдегидрогеназы) в митохондриях скелетных мышц в условиях in vitro. На рисунке 1 представлена структурная строения [2] об изученных флавоноидов.

Материалы и методы. Состав среды выделения митохондрий скелетных мышц крыс: маннит 210 мМ, сахароза 70 мМ, ЭДТА 10 мМ, Трис-HCl 50 мМ, гепарин 0,5%, pH 7,4. Около 15 г скелетных мышц задних конечностей крысы гомогенизировали с средой выделение в соотношении 1:10, а затем центрифугировали при 500 g в течение 5 минут для осаждения крупных тканей. Затем супернатант центрифугировали при 12 000 g в течение 10 мин для осаждения митохондрий [7]. Содержание белка в митохондриях определяли биуретовым методом [16]. Использовалась центрифуга GL21M (Китай). Выделенные митохондрии хранили в среде, содержащей 250 мМ маннитола, 10 мМ ЭДТА и 0,5% гепарина.

Активность сукцинат-феррицианидредуктазы (сукцинатдегидрогеназы) (КФ 1.3.99.1) в митохондриях скелетных мышц крыс изучали спектрофотометрически по изменению оптической плотности при 420 нм [1], при восстановления K₃[Fe(CN₆)] в течение 5 мин (при температуре 37°С). Состав инкубационной среды для определения активности фермента: фосфатный буфер 100 мМ, азид натрия 1 мМ, K₃[Fe(CN₆)] 100 мкМ, сукцинат натрия 5 мМ (pH 7,8). Общий объём инкубационной среды составил 3 мл.

Полученные результаты статистически обработали с вычислением средней арифметической величины (М), стандартной ошибки (m) и показателя достоверности (р). Величину р < 0,05 рассматривали как показатель достоверных различий.

Результаты и обсуждение. Согласно полученным результатам установлено, что флавоноиды оказывают активирующее действие на активность сукцинат-феррицианидредуктазы. При изучении влияния кемпферола на активность сукцинат-феррицианидредуктазы в митохондриях мышц было установлено, что действие флавоноида в концентрации 10 мкМ активировало фермента в митохондриях мышц на 144,7±8,2% по сравнению с контролем, а в концентрации 50 мкМ активность фермента активировалась на 281,3±6,1% по сравнению с контролем (рис. 2, А).

Следующим изученным флавоноидом был кемпферол-7-О-рамнозид, который, как было обнаружено, что активирует фермента сукцинат-феррицианидредуктазы на 95,3±6,1% при концентрации 10 мкМ и на 235,3±2,6% при концентрации 50 мкМ по сравнению с контролем (рис. 2, Б). Также обнаружено, что флавоноид хризоэриол оказывает активирующее действие на активность фермента (рис. 2, В). Установлено, что данный флавоноид в концентрациях 10 и 50 мкМ активировал фермента на 55,3±3,43% и 77,0±2,92% соответственно по сравнению с контролем. В последующих экспериментах было отмечено, что флавоноид апигенин в концентрации 10 мкМ активировал фермента на 18,3±2,1% по сравнению с контролем, а в концентрации 50 мкМ активность фермента активировалась на 66,8±4,3% по сравнению с контролем (рис. 2, Г). Также обнаружено, что флавоноид лютеолин активирует сукцинатдегидрогеназы на 54,6±1,3% по сравнению с контролем при концентрации 10 мкМ и на 71,2±2,5% по сравнению с контролем при концентрации 50 мкМ (рис. 2, Д). Обнаружено, что следующий флавоноид, цинарозид, активирует фермента сукцинат-феррицианидредуктазы на 65,9±3,6% по сравнению с контролем при концентрации 10 мкМ и на 78,7±2,9% по сравнению с контролем при концентрации 50 мкМ (рис. 2, Е).

Полученные результаты показывают, что все исследованные флавоноиды оказывают активирующее действие на активность сукцинат-феррицианидредуктазы, однако установлено, что кемпферол и его гликозид кемпферол-7-О-рамнозид активируют фермента сильнее, чем другие флавоноиды. Кемпферол и его гликозид относятся к флавоноловой группе флавоноидов [5]. Эти флавонолы содержит в положении 3 C-кольцо гидроксильную группу. Однако апигенин, хризоэриол, лютеолин и его гликозид циннарозид, которые относятся к группе флавонов, не имеют гидроксильной группы в положении 3 С-кольца [5]. Оказывается, флавоноиды, относящиеся к группе флавонолов, вызывают увеличение активности сукцинат-феррицианидредуктазы по сравнению с флавонами.

Показано, что снижение активности сукцинатдегидрогеназы наблюдается при миопатиях [3], параплегии [9], а также в пожилом возрасте [8] в скелетных мышц. Усиление регенерации скелетных мышц кверцетином, который входящий в группе флавонолов [11], может быть связано с его модулирующим действием на активности сукцинатдегидрогеназы.

В заключение можно сказать, что наличие гидроксильной группы в положении 3 С-кольца флавоноидов, который является одним из факторов, приводящих к повышению активности фермента сукцинат-феррицианидредуктазы.

Список литературы:

1. Вдовиченко Л.М. О действии некоторых нейромедиаторов на сукдинатдегидрогеназную активность. Биохимия. 1973; 38(1):22-27.
2. Alaoui MAE, Fartah SE, Alaoui N, Fahime EME, Habsaoui A. Molecular docking analysis of flavonoid compounds with HIV-1 Reverse transcriptase for the identification of potential effective inhibitors. Bioinformation. 2019;15(9):646-656.
3. Balnis J, Tufts A, Jackson EL, Drake LA, et al. Succinate dehydrogenase-complex II regulates skeletal muscle cellular respiration and contractility but not muscle mass in genetically induced pulmonary emphysema. Sci Adv. 2024;10(34):eado8549. doi: 10.1126/sciadv.ado8549.
4. Cao K, Xu J, Cao W, Wang X, et al. Assembly of mitochondrial succinate dehydrogenase in human health and disease. Free Radic Biol Med. 2023;207:247-259.
5. Chagas MDSS, Behrens MD, Moragas-Tellis CJ, Penedo GXM, et al. Flavonols and flavones as potential anti-inflammatory, antioxidant, and antibacterial compounds. Oxid Med Cell Longev. 2022;2022:9966750. doi: 10.1155/2022/9966750.
6. Chen CL, Ishihara T, Pal S, Huang WL, et al. SDHAF2 facilitates mitochondrial respiration through stabilizing succinate dehydrogenase and cytochrome c oxidase assemblies. Mitochondrion. 2024;79:101952. doi: 10.1016/j.mito.2024.101952.
7. Dow DS. The isolation of skeletal muscle mitochondria showing tight coupling, high respiratory indices, and differential adenosine triphosphatase activities. Biochemistry. 1967;6(9):2915-2922. doi: 10.1021/bi00861a036.
8. Fogarty MJ, Marin Mathieu N, Mantilla CB, Sieck GC. Aging reduces succinate dehydrogenase activity in rat type IIx/IIb diaphragm muscle fibers. J Appl Physiol (1985). 2020;128(1):70-77. doi: 10.1152/japplphysiol.00644.2019.
9. Jonkers RA, Dirks ML, Nabuurs CI, De Feyter HM, et al. Myofibrillar distribution of succinate dehydrogenase activity and lipid stores differs in skeletal muscle tissue of paraplegic subjects. Amer J Physiol. 2012;302(3):E365-73.
10. Khan J, Deb PK, Priya S, Medina KD, et al. Dietary flavonoids: cardioprotective potential with antioxidant effects and their pharmacokinetic, toxicological and therapeutic concerns. Molecules. 2021;26(13):4021. doi: 10.3390/molecules26134021.
11. Kim JG, Sharma AR, Lee YH, Chatterjee S, et al. Therapeutic potential of quercetin as an antioxidant for bone-muscle-tendon regeneration and aging. Aging Dis. 2024;16(3):1414-1437. doi: 10.14336/AD.2024.0282.
12. Li Y, Liu Y, Tan R, Liu Y. Effect of flavonoids on skeletal muscle mass, strength and physical performance in middle-aged and older adults with or without Sarcopenia: A meta-analysis of randomized controlled trials. Front Nutr. 2022;9:1013449. doi: 10.3389/fnut.2022.1013449.
13. Munguía L, Ortiz M, González C, Portilla A, et al. Beneficial effects of flavonoids on skeletal muscle health: a systematic review and meta-analysis. J Med Food. 2022;25(5):465-486. doi: 10.1089/jmf.2021.0054.
14. Nikawa T, Ulla A, Sakakibara I. Polyphenols and their effects on muscle atrophy and muscle health. Molecules. 2021;26(16):4887. doi: 10.3390/molecules26164887.
15. Ullah A, Munir S, Badshah SL, Khan N, et al. Important flavonoids and their role as a therapeutic agent. Molecules. 2020;25(22):5243. doi:10.3390/molecules25225243.
16. Watters C. A one-step biuret assay for protein in the presence of detergent. Analytical Biochemistry 1978; 88(2), 695-698. doi: 10.1016/0003-2697(78)90475-x.
17. Wu C, Suzuki K. The effects of flavonoids on skeletal muscle mass, muscle function, and physical performance in individuals with sarcopenia: a systematic review of randomized controlled trials. Nutrients. 2023;15(18):3897. doi: 10.3390/nu15183897.
18. Yoshikawa T, Mifune Y, Inui A, Nishimoto H, et al. Quercetin treatment protects the Achilles tendons of rats from oxidative stress induced by hyperglycemia. BMC Musculoskelet Disord. 2022;23(1):563. doi: 10.1186/s12891-022-05513-4.